如何在LTspice中添加电压控制开关

摘要

本文详细介绍了在LTspice®原理图中添加电压控制开关的步骤。文中列举了几个示例，着重说明了电压控制开关在瞬态仿真中的使用。

简介

电压控制开关是LTspice的基本电路元件，能够以简洁的方式在电路中实现开路或短路行为，并支持在仿真过程中动态切换。完善原理图后，设计人员最终可能需要采用更精确的FET或开关模型，但在设计初期，较简单的开关元件无疑是更理想的选择。

开始前的必需步骤

本文假设读者对LTspice的基本操作有一定了解。如果您尚未熟悉LTspice的使用方法，请先参阅入门指南和LTspice基础知识视频系列。

第1步：放置开关符号

打开需要添加开关的原理图。或者选择File(文件)→New Schematic(新建原理图)，创建一个新的原理图。

选择Edit(编辑)→Component(元件，或按快捷键P)，然后从元件库中选择sw(开关)。使用Rotate(旋转，CTRL+R)和Mirror(镜像，CTRL+E)命令可以微调开关符号的方向。单击Place(放置)，再单击原理图以放置新的开关。参见图1。

图1.从Component(元件)对话框中选择开关。

第2步：添加模型语句

选择Edit→SPICE指令(或按快捷键“.”)，为开关添加模型指令。输入以下示例代码：

.model MYSW SW()

其中，MYSW是分配给该模型指令的名称，SW()表示这是一个开关模型，使用默认参数值(图2)。单击OK(确定)，然后单击原理图以放置.model指令。要查看关于开关模型指令的LTspice帮助主题，请选择Help(帮助)→LTspice Help(LTspice帮助)，并搜索Voltage Controlled Switch(电压控制开关)，查阅相关的SW()模型指令。

图2.向原理图添加.model指令。

第3步：将新开关指向相应模型语句

将.model指令添加到原理图后，请右键单击开关值(放置开关时默认为SW)，确保新的开关符号正确链接到模型。将SW更改为MYSW，以将此开关正确链接到新创建的MYSW模型。参见图3。

图3.更改开关元件的值以匹配.model指令中的名称。

第4步：添加控制电压源

添加一个电压源来控制新开关的开/关状态。要添加电压源，请选择Edit(编辑)→Component(元件)，从对话框中选择一个电压元件，然后单击Place(放置)或按快捷键V。单击原理图以放置电压源。

右键单击V值，然后输入下面的PULSE命令以创建三角波(如图4所示)。

PULSE(-1 1 0 .5m .5m 0 1m)

图4.向开关控制引脚添加控制电压。

电压控制开关的默认阈值参数为0 V，因此该示例三角波将以50%的占空比接通和关断此默认开关模型。

简单示例

使用此处提供的简单示例进行实验，或者选择File(文件)→Open Examples(打开示例)→Educational(教学)→Vswitch.asc。参见图5。

图5.Vswitch.asc示例原理图。

为了简化图表结果并展示改变Vh和Vt值的影响，请右键单击值3.3并将该值更改为1，从而将V2电压更改为1。

选择Simulate(仿真)→Run(运行)以运行仿真。参见图6。

图6.V2变成1 V后得到的仿真结果。

设置控制滞回的行为

Vh = 0时的行为

为探索开关在Vh改变时的行为，我们可以对Vswitch.asc示例进行一些更改。

右键单击.model指令，将Vh值更改为Vh = 0，然后重新运行仿真。请注意，此开关表现出理想的开关行为，在Vt值处瞬间完成完全导通与完全关断的状态切换。本例中的Vt为0.5 V。参见图7。

图7.Vh = 0时，开关表现出理想行为。

此外，我们还可以绘制开关行为与输入电压的关系图。删除V(in)迹线，然后右键单击x轴，将x轴从时间更改为V(in)。参见图8和图9。

图8.将横轴设置为V(in)。

图9.绘制V(out)与V(in)的关系图。

Vh为正值时的行为

Vh为正值时，开关将表现出滞回特性。在Vswitch.asc示例中，将Vh更改为0.2 V，以展示相应的滞回效应。参见图10。

图10.Vh为正值时，开关表现出滞回特性。

Vh为负值时的行为

Vh为负值时，开关在导通与关断状态之间的切换将变得更加平滑(过渡区域由负Vh值设置)。请注意，负Vh仅会让开关平滑过渡，而不会造成任何滞回。参见图11。

图11.负Vh值使过渡更平滑。

示例：可变增益运算放大器：

第二个例子的灵感来源于此处发布的电学实验室项目。借助理想运算放大器和开关模型，我们可以模拟该电路的简单版本。该示例原理图名为Variable_Gain_Amplifier_Example.asc，您可以点击此处下载。

观察通过R3的电流路径在开路和短路之间循环变化时，放大器电路的增益如何变化。参见图12。

图12.通过开关实现可变增益。

LTspice中的FET、开关和多路复用器宏模型

如果您设计的电路需要更贴近实际的器件来替代理想化的电压控制开关，那么LTspice元件库为您提供了更多模型选择，包括晶体管、ADI开关和多路复用器。